达尔文早年对自然的兴趣使他忽视了在爱丁堡大学的医学教育，而是帮助研究海洋无脊椎动物。 1828 年至 1831 年，他在剑桥大学基督学院的学习激发了他对自然科学的热情。然而，真正使达尔文成为杰出地质学家的，是他1831 年至 1836 年在贝格尔号 上的五年航行。 他在航行中的观察和理论支持了查尔斯·莱尔的渐进地质变化概念。航行日志的出版使达尔文成为一名知名作家。

达尔文对他在航行中收集到的野生动物和化石的地理分布感到困惑，于是开始进行详细调查，并于 1838 年提出了自然选择理论。虽然他与几位博物学家讨论了他的想法，但他需要时间进行广泛的研究，而且他的地质工作更优先。1858 年，当他正在撰写自己的理论时，阿尔弗雷德·拉塞尔·华莱士给他发了一篇描述相同想法的论文，促使他们立即将他们的理论联合提交给伦敦林奈学会。达尔文的工作确立了进化血统与改良是自然多样化的主要科学解释。1871 年，他在《人类的由来和选择与性的关系》中研究了人类进化和性选择，之后又在1872 年出版了《人类和动物的情感表达》。他对植物的研究发表在一系列书籍中，在他的最后一本书《通过蠕虫的作用形成植物霉菌》（1881 年）中，他研究了蚯蚓及其对土壤的影响。

达尔文在 1859 年出版的《物种起源》一书中，以令人信服的证据发表了他的进化论。到了 19 世纪 70 年代，科学界和大多数受过教育的公众已经接受了进化论的事实。然而，许多人最初倾向于 其他相互竞争的解释，这些解释只给予自然选择很小的作用。直到20 世纪 30 年代到 50 年代现代进化综合论出现，人们才形成广泛的共识，认为自然选择是进化的基本机制。达尔文的科学发现是生命科学的统一理论，解释了生命的多样性。